Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben onderzocht waarom vloeistoffen nanokanalen vaak veel langzamer vullen dan de klassieke theorie voor capillaire stroming voorspelt. Een nanokanaal is slechts enkele miljardsten van een meter breed, waardoor effecten aan de wand relatief belangrijk worden. Het ontwikkelde model combineert hydrodynamica, capillaire krachten en elektrokinetische effecten. Volgens de berekeningen remmen elektrische interacties tussen de vloeistof en de kanaalwand de stroming. Daarnaast gedraagt water zich vlak bij de wand alsof het een hogere viscositeit heeft. Samen kunnen deze effecten de in experimenten waargenomen vertraging verklaren. Bij temperaturen rond 200 °C voorspelt het model nog een ander verschijnsel. Wanneer de luchtvochtigheid onder het verzadigingsniveau komt, kan verdamping de capillaire instroom compenseren. Het vloeistoffront, de meniscus, blijft dan op een vaste positie in het kanaal staan. Deze hogetemperatuurvoorspelling moet nog experimenteel worden bevestigd. Mogelijke toepassingen liggen bij nanofluïdische apparaten en ondergrondse processen zoals serpentinisatie, waarbij water met gesteente reageert en geologische waterstof kan ontstaan.
Oorspronkelijke bron:
Scientific Reports – Nature Portfolio
Interfacial control and evaporation pinning of nanocapillary filling from ambient to serpentinization temperatures
Abdullah Cihan, Benjamin Gilbert, Pramod Bhuvankar, Mengsu Hu en Carl Steefel
Interacties met de kanaalwand en verdamping kunnen de capillaire vulling van een nanokanaal sterk vertragen of zelfs tijdelijk stilzetten.